Внутренняя структура медьсодержащих сверхпроводников оказалась неоднородной, что может объяснить различия в их свойствах и ограничивать способность проводить ток без сопротивления. Учёные обнаружили, что кристалл, который ранее считался однородным, состоит из участков с двумя немного различающимися вариантами расположения атомов. Разделяющие их области достигают примерно 150 нанометров в ширину — это в сотни раз больше ожидаемого и фактически превращает границы в самостоятельную часть структуры.
Речь идёт о купратах — сверхпроводниках на основе меди, сохраняющих способность проводить электричество без сопротивления при необычно высоких для этого явления температурах. Однако даже такие температуры остаются очень низкими. Исследования купратов связаны с разработкой будущих энергосистем, медицинских сканеров, квантовых компьютеров и более мощных магнитов.
Чтобы изучить внутреннее устройство материала, специалисты химического факультета Уорикского университета совместно с сотрудниками Европейского центра синхротронного излучения во Франции применили сканирующую трёхмерную рентгеновскую дифракцию. Метод напоминает компьютерную томографию, но позволяет восстановить расположение атомов внутри кристалла. Благодаря этому исследователи впервые получили объёмную картину структуры в глубине образца, а результаты работы опубликовал журнал Physical Review Letters.
Использовать такую технологию стало возможно после модернизации Европейского центра синхротронного излучения стоимостью 150 миллионов евро. Авторы считают, что метод пригодится не только при изучении сверхпроводников. С его помощью можно исследовать трёхмерное строение самых разных материалов и выяснять, как внутренняя организация влияет на их свойства.
Руководитель исследования профессор Марк Сенн из Уорикского университета заявил: «В течение 40 лет считалось, что эти материалы одинаковы по всему объёму, и почти вся теория строилась на этой картине. Мы показали, что это не так. Кристалл имеет сложную мозаичную структуру с необычно широкими пограничными областями, которые, вероятно, препятствуют сверхпроводимости, а не просто соседствуют с ней.
«Это может объяснить, почему одни материалы работают лучше других, а также означает, что некоторые существующие измерения объёмных образцов потребуется переосмыслить. Будущие теоретические модели должны учитывать эту структурную сложность». Учёные предполагают, что подобная неоднородность характерна и для других купратов, включая родственные материалы, которые изучают в условиях экстремально высокого давления.